Università degli Studi dell'Aquila
Dipartimento di Ingegneria e Scienze dell'Informazione e Matematica.
Anno Accademico 2013/2014
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Architettura degli Elaboratori (6 CFU).
Link al sito ufficiale del Corso di laurea in informatica - Università degli Studi dell'Aquila (click here).
Orario:
Primo Semestre (30 Settembre, 2013 - 24 Gennaio, 2014), Martedi: 09.00–11.00 (Aula A1.7) e Mercoledi: 11.00–13.00 (Aula A.1.7)
Ricevimento Studenti:
Martedi: 15.00 – 17.00. Ufficio: Blocco 0, ultimo piano, stanza 220.
Libri di testo:
Giacomo Bucci: "Calcolatori Elettronici – Architettura e organizzazione". McGraw-Hill. 2009.
Il libro può essere acquistato direttamente da questo link,
oppure su amazon (clicca qui)
Syllabo:
- Concetti di base: hardware, software, macchina di Von Neumann. Codifica caratteri, numeri interi e reali. Aritmetica interi e reali.
- Algebra di Boole. Funzioni ed espressioni booleane. Minimizzazione di funzioni booleane a mappe di Karnaugh. Analisi e sintesi di reti combinatorie. Operatori e moduli combinatori fondamentali.
- Flip-flop sincroni e asincroni. Registri e contatori. Reti sequenziali: diagrammi di stato e tabelle di flusso. Analisi e sintesi di reti sequenziali sincrone.
- Linguaggio macchina e assembler. Repertorio delle istruzioni e modelli di architettura. Repertorio RISC e CISC. Indirizzamento dei dati e del controllo.
- CPU: struttura interna e componenti. Fasi di fetch ed execute. Realizzazione unità di controllo a logica cablata e a logica multiprogrammata. Prestazioni della CPU. Bus di Sistema: caratteristiche meccaniche, elettriche e logico-funzionali. Allocazione del bus.
- Memoria: criteri di classificazione. Memoria principale, memoria cache e dischi magnetici. Principio di località e organizzazione gerarchica. Sottosistema di I/O: interfacce, porte di I/O e loro indirizzamento. Modalità di gestione delle periferiche: a controllo di programma, a controllo di interruzione e tramite accesso diretto alla memoria (DMA).
Modalità d'Esame:
Prova scritta ed un'eventuale discussione orale sulla prova scritta.
Testi d'Esame anni precedenti:
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Diario delle lezioni:
1 Ottobre 2013: Introduzione al corso. Storia dei calcolatori, evoluzione e tendenze attuali.
Aspetti architetturali di un sistema di elaborazione: hardware e software. Macchina di Von Neumann.
Rappresentazione dell’informazione e codifica binaria. Lucidi (Clicca qui)
2 Ottobre 2013: Rappresentazione dell’informazione: codifica caratteri,
sistemi di numerazione posizionali, regole per il cambiamento di base, codifica
numeri naturali e numeri interi (modulo e segno e complemento a due). Lucidi (Clicca qui)
8 Ottobre 2013: Rappresentazione dell’informazione: estensione sistemi di numerazione ai numeri frazionari e regole per
il cambiamento di base, codifica numeri frazionari, codifica numeri reali in virgola fissa. Lucidi (Clicca qui).
Esercitazione Lucidi (Clicca qui)
9 Ottobre 2013: Rappresentazione dell’informazione: Codifica numeri reali in virgola mobile, standard IEEE 754 per la codifica di numeri
reali in virgola mobile, codifica immagini, confronto codifiche analogiche e digitali.
Lucidi (Clicca qui)
15 Ottobre 2013: Reti logiche e sequenziali. Algebra booleana: operatori AND, OR e NOT, proprietà degli operatori.
Funzioni logiche: rappresentazione tramite espressioni e tabelle di verità. Realizzazione circuitale degli operatori booleani.
Porte logiche e realizzazione funzioni tramite circuiti logici. Prima forma canonica (somma di mintermini).
Lucidi (Clicca qui)
16 Ottobre 2013: Seconda forma canonica (prodotti di maxtermini). Seconda forma canonica e relazioni con la prima forma canonica.
Minimizzazione di funzioni logiche: mappe di Karnaugh.
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22 Ottobre 2013: Minimizzazione di funzioni logiche: cenni su metodi algoritmici per più di 5 variabili, minimizzazione di funzioni non completamente specificate.
Operatori universali: NAND e NOR, reti con sole porte NAND o solo porte NOR. Operatori XOR e NXOR. Porte a 3 stati: terzo stato di
alta impedenza. Moduli combinatori: decodificatori, codificatori, multiplexer, demultiplexer.
Moduli combinatori: realizzazione di funzioni tramite multiplexer.
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23 Ottobre 2013: Memorie ROM, PROM, EPROM e EEPROM, semisommatore (half adder), sommatore completo (full adder), circuito sommatore, ALU semplificata.
Lucidi (Clicca qui)
29 Ottobre 2013: Reti sequenziali: latch di NOR, flip-flop Set Reset asincrono, flip-flop Set Reset sincrono, flip-flop JK, flip-flop D.
Lucidi (Clicca qui)
30 Ottobre 2013: Reti sequenziali: flip-flop T, modello di reti sequenziali
sincrone, diagrammi di stato e tabelle di flusso, flip-flop Master-Slave, ingressi asincroni per flip flop. Registri: base, a scorrimento e ad anello.
Trasferimento dell’informazione: rete di interconnessione e bus.
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5 Novembre 2013: Progetto o sintesi di reti sequenziali sincrone (prima parte).
Lucidi (Clicca qui)
6 Novembre 2013: Progetto o sintesi di reti sequenziali sincrone (seconda parte).
Lucidi (Clicca qui)
12 Novembre 2013: Esercitazione virgola mobile Lucidi (Clicca qui),
Esercitazione reti combinatorie (inizio) Lucidi (Clicca qui)
13 Novembre 2013: Esercitazione reti combinatorie (fine),
Esercitazione reti sequenziali Lucidi (Clicca qui)
19 Novembre 2013: Esercitazione reti sequenziali (fine) Lucidi (Clicca qui).
Esercitazione alla lavagna.
20 Novembre 2013: Esercitazione (alla lavagna) di preparazione alla prova intermedia Lucidi (Clicca qui).
25 Novembre 2013: Esame parziale.
3 Dicembre 2013: Correzione (alla lavagna) dell'esame parziale.
4 Dicembre 2013: Introduzione alle architetture dei calcolatori, definizioni
preliminari e panoramica di base di elementi architetturali.
Introduzione alle logiche di funzionamento interne dei calcolatori.
Introduzione alla codifica delle istruzioni. Lucidi (Clicca qui).
10 Dicembre 2013: Codifica e struttura istruzioni, Introduzione alla struttura della CPU,
Unità di Controllo ed Operativa, Fetch ed Execute di Istruzioni, ALU e
Registri CPU. Lucidi (Clicca qui).
17 Dicembre 2013: Progettazione Unità di Controllo (Logica Cablata e
Microprogrammata). Esempio di progettazione UC logica cablata con shift
register. Linguaggi Assemblatori e Compilatori, Modelli di interazione
CPU-Memoria (Memoria-Memoria, Registro-Memoria, Registro-Registro,
Stack), Definizioni preliminari repertorio istruzioni. Introduzione a
controllo del flusso, interruzioni e sottoprogrammi, approfondimento
istruzioni aritmetiche. Lucidi (Clicca qui).
18 Dicembre 2013: Repertori delle istruzioni e architetture RISC e CISC:
caratteristiche, formati, vantaggi e svantaggi. Prestazioni della CPU:
valutazione e definizione parametri fondamentali, relazioni con scelte
architetturali. Legge di Amdahl. Indici di prestazioni e benchmark.
Repertorio istruzioni di riferimento, modelli di memoria (lineare e
segmentata) e modalità di indirizzamento. Lucidi (Clicca qui).
7 Gennaio 2014: Tecniche per la gestione dei sottoprogrammi e per il
passaggio di parametri. Definizione di stack ed operazioni su stack.
Macchine con stack. Gestione delle chiamate ricorsive, frame di
chiamata. Tecniche per la gestione dei sottoprogrammi ed il passaggio di
parametri in macchine prive di stack. Esercitazione stack. Esercitazione
su repertorio delle istruzioni. Lucidi (Clicca qui).
8 Gennaio 2014: Memoria principale. Classificazione dispositivi di
memorizzazione per funzionalità, tecnologia e modalità di accesso.
Parametri di valutazione. Memorie RAM. Memorie SRAM vs memorie DRAM,
vantaggi e svantaggi. Esercitazione Prestazioni CPU, legge di Amdahl ed
accelerazione locale e globale. Lucidi (Clicca qui).
13 Gennaio 2014: Organizzazione della memoria principale. Progettazione
tramite integrati. Indirizzamento dati in memoria principale.
Allineamento ed ordinamento dati, Interleaving. Relazioni tra frequenza
clock CPU e prestazioni memoria, cicli di wait e calcolo del valore
limite. DRAM sincrone e DDR (cenni). Dischi magnetici: struttura e
prestazioni. Lucidi (Clicca qui).
14 Gennaio 2014: Gerarchia di memoria. Proprietà degli accessi in
memoria: località spaziale e temporale. Sistemi a memoria virtuale
(cenni). Tasso di hit e miss. Memoria Cache: progettazione ed
indirizzamento dati, grado di associatività, gestione miss/hit,
algoritmi di rimpiazzo, prestazioni. Caching multi-livello (cenni).
Esempio di uso di tool cachegrind, esempio di codice cache-friendly. Lucidi (Clicca qui).
15 Gennaio 2014: Sottosistema di I/O. Definizioni, interfacce e
pseudo-registri. Organizzazione ed indirizzamento. I/O mapped I/O,
Memory Mapped I/O. Modalità di gestione delle periferiche. Gestione a
controllo di programma, a controllo di interruzione e tramite accesso
diretto alla memoria (DMA), vantaggi, svantaggi ed esempi. Routine di
servizio, driver e gestione interruzioni. Bus di Sistema:
caratteristiche meccaniche, elettriche e logico-funzionali. Allocazione
del bus. Lucidi (Clicca qui).
21 Gennaio 2014: Architettura x86: panoramica generale e caratteristiche
principali. Il microprocessore 8086: modello di programmazione, registri
ed organizzazione. Organizzazione della memoria ed indirizzamento.
Repertorio delle istruzioni (cenni). Modelli successivi della famiglia
x86 (cenni).
Compilatori, assemblatori e disassemblatori: esempio pratico di
traduzione di codice di alto livello in linguaggio assembly x86_64,
utilizzo di gcc. Lucidi (Clicca qui).
22 Gennaio 2014: Esercitazione (alla lavagna): organizzazione cpu (singolo bus e
multibus), temporizzazione di fasi di fetch ed execute; gerarchie di
memorie; prestazioni CPU, accelerazione e valutazione istruzioni; legge
di Amdahl; hard disk, dimensionamento e progettazione; organizzazione
memoria principale ed indirizzamento. Unità di misura dell'informazione:
standard JEDEC ed IEC.
News:
7 Novembre 2013: Data e Luogo prova parziale e appello di recupero per laureandi e fuoricorso: Lunedi 25/11/2013, ore 14:30, aule A1.6, A1.1 (Blocco 0).
19 Novembre 2013: Il lucido 29 dell'esercitazione del 12 Novembre sulla virgola mobile è stato leggermente modificato. La versione aggiornata è disponibile online
(cliccare il link dei lucidi della lezione corrispondente).
30 Novembre 2013: Disponibili i risultati della prova di recupero di "Architettura degli Elaboratori con Laboratorio" del 25 Novembre 2013.
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5 Dicembre 2013: Sono Disponibili i risultati della prova parziale di "Architettura degli Elaboratori" del 25 Novembre 2013.
(Clicca qui)
17 Dicembre 2013: La lezione annullata in data 11/12/2013 in occasione dell'inaugurazione dell'anno accademico, verrà recuperata lunedi 13 Gennaio 2014,
dalle ore 11 alle ore 13, Aula A1.7 (Blocco 0).
27 Gennaio 2014: A causa dei possibili problemi di mobilità dovuti alla neve, il ricevimento studenti di martedi 28 Gennaio 2014 è posticipato a mercoledi 29 Gennaio, dalle 11:00 alle 13:00.
9 Febbraio 2014: Sono disponibili i risultati
della prova di "Architettura degli Elaboratori" del 31 Gennaio 2014 e della parte di laboratorio del 5 Febbraio 2014.
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Verbalizzazione, Martedi 11 Febbraio, ore 15, ufficio docente
11 Febbraio 2014: A causa di improvvisi impegni, il ricevimento studenti di oggi martedi 11 febbraio 2014 durerà solo un'ora (dalle 14:45 alle 15:45).
L'ulteriore ora di ricevimento studenti sarà recuperata mercoledi 12 febbraio dalle 11:00 alle 12:00.
21 Febbraio 2014: Sono disponibili i risultati
della prova di "Architettura degli Elaboratori" del 14 Febbraio 2014. (Clicca qui)
Verbalizzazione, (solo) Martedi 25 Febbraio, dalle ore 15 alle ore 17, ufficio docente.
23 Febbraio 2014: Sono disponibili i risultati
della prova di "Laboratorio di Architettura degli Elaboratori" (fino a.a. 2012-2013) del 19 Febbraio 2014.
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Verbalizzazione, (solo) Martedi 25 Febbraio, ore 15, ufficio docente
26 Febbraio 2014: Causa missione di ricerca all'estero, il ricevimento studenti è sospeso fino al 8 Aprile 2014. Per urgenze, contattare il docente via e-mail.
2 Aprile 2014: Il ricevimento studenti di martedi 8 aprile è spostato a mercoledi 9 aprile dalle ore 10 alle 12.
9 Aprile 2014: Il ricevimento studenti di martedi 15 aprile è annullato. Il ricevimento studenti di martedi 22 aprile è spostato a mercoledi 23 Aprile dalle 10 alle 12.
Per urgenze, contattare il docente via e-mail.
3 Giugno 2014: Il ricevimento studenti di martedi 10 Giugno è spostato a Lunedi 9 Giugno dalle 15 alle 17, causa festività di San Massimo.
22 Giugno 2014: Sono disponibili i risultati
della prova di "Architettura degli Elaboratori" del 20 Giugno 2014. (Clicca qui)
Verbalizzazione, Martedi 24 Giugno ore 15, ufficio docente.
24 Giugno 2014: Il ricevimento studenti di martedi 1 Luglio è annullato, causa missione di ricerca all'estero. Per urgenze, contattare il docente via e-mail.
26 Giugno 2014: Sono disponibili i risultati
della parte di "Laboratorio di Architettura degli Elaboratori" (solo per studenti degli anni precedenti) del 24 Giugno 2014. (Clicca qui)
Verbalizzazione, Venerdi 27 Giugno ore 10, ufficio docente.
Per visualizzare il compito e/o per un eventuale esame orale contattare il Dott. Forlizzi
8 Luglio 2014: Il ricevimento studenti di martedi 15 Luglio è annullato, causa missione di ricerca all'estero. Per urgenze, contattare il docente via e-mail.
21 Luglio 2014: Sono disponibili i risultati
della parte di "Laboratorio di Architettura degli Elaboratori" (solo per studenti degli anni precedenti) del 18 Luglio 2014. (Clicca qui)
Per visualizzare il compito contattare il Dott. Forlizzi
27 Luglio 2014: Sono disponibili i risultati
della prova di "Architettura degli Elaboratori" del 25 Luglio 2014. (Clicca qui)
30 Luglio 2014: Si avvisano gli studenti che nel mese di Agosto il ricevimento è sospeso. Il prossimo ricevimento studenti sarà martedi 2 Settembre dalle 15 alle 17.
Per urgenze, contattare il docente via e-mail.
6 Settembre 2014: Sono disponibili i risultati
della prova di "Architettura degli Elaboratori" del 5 Settembre 2014. (Clicca qui)
9 Settembre 2014: Sono disponibili i risultati
della parte di "Laboratorio di Architettura degli Elaboratori" (solo per studenti degli anni precedenti) del 5 Settembre 2014. (Clicca qui)
Per visualizzare il compito contattare il Dott. Forlizzi
10 Settembre 2014: Si avvisano gli studenti che l'esame di "Architettura degli Elaboratori" del giorno 19 Settembre 2014 è posticipato al giorno 25 Settembre 2014, ore 9:30,
aula A1.7.
10 Settembre 2014: Il ricevimento studenti di martedi 16 Settembre è annullato, causa impegni di ricerca del docente. Per urgenze, contattare il docente via e-mail.
Prossimo ricevimento studenti martedi 23 Settembre ore 15-17.
26 Settembre 2014: Sono disponibili i risultati
della prova di "Architettura degli Elaboratori" del 25 Settembre 2014. (Clicca qui)
28 Settembre 2014: Sono disponibili i risultati
della parte di "Laboratorio di Architettura degli Elaboratori" (solo per studenti degli anni precedenti) del 23 Settembre 2014. (Clicca qui)
Per visualizzare il compito contattare il Dott. Forlizzi.
Verbalizzazioni Martedi 30 Settembre, ore 15, ufficio docente.
6 Ottobre 2014: Si avvisano gli studenti che nell'A.A. 2014/2015 il corso di "Architettura degli Elaboratori" è tenuto dal Prof. Flammini.
6 Ottobre 2014: Si avvisano gli studenti che dal mese di Ottobre il ricevimento studenti è su appuntamento da concordare via email con il docente.